Разработиха анод за турбозареждане на литиеви батерии

Екип от изследователи от Юлих, Мюнхен и Прага успя да произведе композитен материал, който е особено подходящ за електроди в съществуващите литиеви батерии. Нанокомпозитният материал може да помогне за значително увеличаване на капацитета за съхранение и удължаване живота на батериите, както и за скоростта наз ареждането им. Изследователите публикуваха своите отрития наскоро в списанието “Advanced Functional Materials”.

Литиево-йонните батерии са абсолютният “критерий”, когато става дума за енергия за мобилни телефони, таблети, електрически автомобили. Техният капацитет за съхранение и енергийната им плътност надминават тези другите акумулаторни системи. Независимо от развитието на технологията обаче батериите за смартфони издържат едва около ден, а зареждането им е продължително – което е проблем за електрическите автомобили. Затова учените работят по начини за подобряване на енергийната плътност и скоростта на зареждане на всички видове батерии. “Важен фактор е анодният материал”, обяснява Дина Фаттахова-Ролфинг от Института по енергийни и климатични изследвания (ИЕК-1).

“По принцип анодите, базирани на калаен диоксид, могат да постигнат много по-висок капацитет и следователно да съхраняват повече енергия от въглеродните аноди, които се използват понастоящем. Те имат способността да абсорбират повече литиеви йони”, казва Фаттахова-Ролфинг. “Чистият калаен оксид обаче показва много слаба стабилност на цикъла. Поради това капацитетът за съхранение бързо намалява и на практика те могат да се зареждат само няколко пъти. Обемът на анода се променя при всеки цикъл на зареждане и разреждане, което води до разпадането му”.

Един от начините за справяне с този проблем са хибридни материали или т. нар. нанокомпозити – композитни материали, които съдържат наночастици. Учените са разработили материал, съдържащ наночастици от калаен оксид, обогатени с антимон, върху основен слой от графен. Графеновата основа подпомага структурната стабилност и проводимостта на материала. Частиците калаен оксид са с размер, по-малък от три нанометра – с други думи по-малко от три милионни от милиметъра – и се “отглеждат” директно върху графена. Малкият размер на частицата и добрият й контакт с графеновия слой подобряват и неговата толерантност към промените в обема – литиевата клетка става по-стабилна и издържа по-дълго.

“Обогатяването на наночастиците с антимон гарантира, че материалът е изключително проводим”, обяснява Фаттахова-Ролфинг. “Това прави анода много по-бърз, което означава, че може да съхранява 1,5 пъти повече енергия само за минута, отколкото би било възможно с конвенционалните графитни аноди. Може дори да съхранява три пъти повече енергия при обичайното време за зареждане от един час”.

“Подобни високи енергийни плътности преди се постигаха само с бавно зареждане”, казва още Фаттахова-Ролфинг. “По-бързите цикли на зареждане винаги водят до бързо деградиране на капацитета”. Анодите с анод, покрит с антимон, обаче запазват 77% от първоначалния си капацитет дори след 1000 цикъла на зареждане и разреждане.

“Нанокомпозитните аноди могат да се произвеждат по лесен и рентабилен начин, а приложените концепции могат да се използват и за проектирането на други анодни материали за литиево-йонни батерии”, обяснява специалистката. “Надяваме се, че нашата разработка ще проправи пътя към налагането на литиево-йонните батерии със значително увеличена енергийна плътност и много кратко време за зареждане”.

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*